DE10341355B4 - As a lamellar composite formed electrical cell with a conductor portion and method for producing the cell - Google Patents

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Abstract

Elektrische Zelle mit als Lamellenverbund ausgebildeten Elektroden- und Separatorlamellen sowie mit einem Ableiterpol und einem mit diesem verbundenen Ableiterabschnitt, der aus mehreren von den Elektrodenlamellen abstehenden und als Stapel hintereinander angeordneten Lamellenfortsätzen besteht, dadurch gekennzeichnet, dass die hintereinander angeordneten Lamellenfortsätze in Richtung des Ableiterpols gestaucht sind.electrical Cell with lamellar composite formed electrode and Separatorlamellen and with a Ableiterpol and a connected thereto Ableiterabschnitt, the projecting from several of the electrode blades and as Stack of lamellar processes arranged one behind the other is characterized in that that the successively arranged lamellar processes in the direction of the Ableiterpols are upset.

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Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine als Lamellenverbund ausgebildete elektrische Zelle mit einem Ableiterabschnitt sowie auf ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Zelle. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine elektrische Zelle für gewickelte oder gestapelte Batterien oder Kondensatoren.The The present invention relates to a lamellar composite formed electric cell with a surge arrester section as well to a method of making such a cell. Especially The invention relates to an electric cell for wound or stacked batteries or capacitors.

Im Stand der Technik sind verschiedene Ableiter- bzw. Kontaktabschnitte und Verfahren zur Herstellung von Ableiterabschnitten für einen Lamellenverbund bekannt. So offenbart die Deutsche Patentanmeldung Nr. 102 37 293.4 einen Elektroden-Ableiter-Abschnitt, bei dem überstehende Elektrodenabschnitte in einer zur Erstreckungsrichtung der Elektroden quer verlaufenden Ebene umgelegt sind, was zu einer teilweisen Überlappung dieser Elektrodenabschnitte führt. Ferner ist über diesen Elektroden eine Kontaktschicht ausgebildet.in the State of the art are various arrester or contact sections and method for making arrester sections for a Lamella composite known. Thus, the German patent application discloses No. 102 37 293.4 an electrode arrester section, in which protruding Electrode sections in a direction of extension of the electrodes transverse plane, resulting in a partial overlap leads these electrode sections. Further, about formed a contact layer these electrodes.

In DE 697 01 778 wird ein zylindrischer Generator beschrieben, bei dem Lamellen an den Rändern von Elektroden des Generators angebracht sind. In der 2 von DE 697 01 778 wird dabei die Anordnung der Lamellen in Beziehung zum Zellverbund gezeigt. In der gezeigten Anordnung sind die Lamellen versetzt gegeneinander angeordnet.In DE 697 01 778 a cylindrical generator is described in which fins are attached to the edges of electrodes of the generator. In the 2 from DE 697 01 778 The arrangement of the lamellae in relation to the cell network is shown. In the arrangement shown, the slats are offset from one another.

Als Schritte bei der Herstellung der vorstehend genannten Ableiterabschnitte für einen Lamellenverbund sind ein Anschweißen der Lamellen mittels Ultraschall, ein Annieten der Lamellen, so genanntes Stiching, sowie ein Ausschneiden der Lamellen vor dem Wickeln des Lamellenverbunds, um eine elektrochemische Zelle herzustellen, bekannt.When Steps in the preparation of the above-mentioned arrester sections for one Lamella composite are a welding of the lamellae by means of ultrasound, a riveting of the slats, so-called Stiching, as well as a cutting the lamellae before winding the lamellar composite to an electrochemical Establish cell known.

JP-A-11-339758 offenbart eine Batterie mit Wickelelektroden, die einen Elektrodenkörper aufweist, der durch Wickeln einer positiven und einer negativen Elektrode mit dazwischen angeordnetem Separator erhalten wird, wobei Lamellenfortsätze von dem Elektrodenkörper abstehen.JP-A-11-339758 discloses a battery with winding electrodes, which has an electrode body, by winding a positive and a negative electrode is obtained with interposed separator, wherein lamellar processes of the electrode body protrude.

Nach dem bisherigen Stand der Technik sind die Verfahren zur Bildung von Kontaktierungen nur schwierig zu automatisieren, und zudem sind diese Kontaktierungen instabil, da sie aufgrund der Schweißnaht mechanisch nicht ausreichend vibrationsfest sind (vgl. DE-A-21 27 823 und DE-A-100 15 711).To the prior art are the methods of formation of contacting difficult to automate, and moreover These contacts are unstable because they mechanically due to the weld are not sufficiently resistant to vibration (see DE-A-21 27 823 and DE-A-100 15 711).

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine einen verbesserten Ableiterabschnitt für einen Lamellenverbund umfassende verbesserte elektrische Zelle sowie ein verbessertes Verfahren zur Herstellung einer solchen Zelle bereitzustellen.It is therefore an object of the present invention, an improved one Arrester section for a laminar composite comprehensive improved electrical cell as well to provide an improved method of making such a cell.

Die vorstehende Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch eine elektrische Zelle nach Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst.The The above object is according to the invention by an electrical cell according to claim 1 and by a method solved with the features of claim 6.

Weitere bevorzugte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen definiert.Further preferred embodiments are in the subclaims Are defined.

Der Ableiterabschnitt in der elektrischen Zelle gemäß der vorliegenden Erfindung ermöglicht das Fließen großer Ströme, während gleichzeitig die Widerstände klein sind. Durch die mechanische (z.B. Klemmen) und stoffliche (z.B. Schweißen) Verbindung der abstehenden Lamellenfortsätze 3 wird gewährleistet, dass die Übergangswiderstände gering sind. Ferner wird die Prozeßzeit für die Herstellung von mit einem Ableiterabschnitt (oder mehreren Ableiterabschnitten) versehenen Zellwickeln oder -stapeln, z.B. von gewickelten oder gestapelten Batterien oder Kondensatoren, verringert, da das Wickeln oder Stapeln ohne Unterbrechungszeiten für das Anbringen des Ableiterabschnitts bzw. für die Kontaktierung durchgeführt wird. Dies wird insbesondere dadurch möglich, dass das Anbringen des Ableiterabschnitts bzw. die Kontaktierung nachräglich als gesonderter Arbeitsschritt erfolgt.The arrester portion in the electric cell according to the present invention allows large currents to flow while at the same time the resistances are small. By the mechanical (eg clamping) and material (eg welding) connection of the protruding lamellar processes 3 ensures that the contact resistance is low. Further, the process time for fabricating cell liners or stacks provided with one arrester section (or multiple arrester sections), eg, wound or stacked batteries or capacitors, is reduced because the winding or stacking without interruption times for the Ableiterabschnitts or for contacting is carried out. This is possible in particular because the attachment of the arrester section or the contacting takes place subsequently as a separate working step.

Die 1 ist eine schematische Ansicht, die einen vorbereiteten Lamellenverbund in einer ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, wobei 1 einen Lamellenverbund, 2 eine Stirnfläche des Lamellenverbunds, 3 abstehende Lamellenfortsätze und 4 einen nach einem Heraustrennen verbleibenden Stapel, der aus hintereinander angeordneten Lamellenfortsätzen 3 gebildet ist, bezeichnet.The 1 is a schematic view showing a prepared lamellar composite in a first preferred embodiment of the present invention, wherein 1 a lamellar composite, 2 an end face of the lamellar composite, 3 protruding lamellar processes and 4 a remaining after a separation stack consisting of successively arranged lamellar processes 3 is formed called.

Die 2 ist eine schematische Querschnittsansicht des Lamellenverbunds in einer elektrischen Zelle 6 mit einem Ableiterpol 5 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform, wobei der Stapel 4 zusammengefasst und mit dem Ableiterpol verbunden gezeigt ist.The 2 is a schematic cross-sectional view of the lamellar composite in an electrical cell 6 with a collector pole 5 according to a preferred embodiment, wherein the stack 4 summarized and shown connected to the Ableiterpol.

Die 3 ist eine schematische Querschnittsansicht einer weiteren bevorzugten Ausführungsform einer elektrischen Zelle mit dem Lamellenverbund und einem Ableiterpol 105, wobei die verbleibenden Stapel 104 zusammengefasst und mit dem Ableiterpol 105 verbunden gezeigt sind.The 3 is a schematic cross-sectional view of another preferred embodiment of an electrical cell with the lamellar composite and a Ableiterpol 105 , with the remaining stacks 104 summarized and with the Ableiterpol 105 are shown connected.

Die 4 ist eine schematische Ansicht, die einen Lamellenverbund 201 mit einer Stirnfläche 202 vor dem Schritt der Materialabtragung an einer Begrenzungsfläche des Lamellenverbunds in einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung zeigt.The 4 is a schematic view showing a lamellar composite 201 with a face 202 before the step of material removal at a boundary surface of the lamellar composite in a be preferred embodiment of the method according to the invention.

Die 5 ist eine schematische Ansicht, die den Schritt der Materialabtragung an einer Begrenzungsfläche in einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung zeigt. In der Figur sind dabei zwei diametral angeordnete verbleibende Stapel 204 sowie Trenn- bzw. Ausklingvorrichtungen 205 gezeigt.The 5 Figure 11 is a schematic view showing the step of material removal at a boundary surface in a preferred embodiment of the method according to the invention. In the figure are two diametrically arranged remaining stack 204 as well as separating or Ausklingvorrichtungen 205 shown.

Die 6 ist eine schematische Ansicht, die den zur Kontaktierung vorbereiteten Zellwickel 201 mit einer Stirnfläche 202 und den zwei diametral angeordneten verbleibenden Stapeln 204 nach dem Schritt der Materialabtragung an einer Begrenzungsfläche in einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung zeigt.The 6 is a schematic view of the prepared for contacting cell wraps 201 with a face 202 and the two diametrically arranged remaining stacks 204 after the material removal step at a boundary surface in a preferred embodiment of the process according to the invention.

Im Folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung genauer beschrieben.in the Below is a preferred embodiment of the present invention Invention described in more detail.

Der Ableiterabschnitt in der bevorzugten Ausführungsform der elektrischen Zelle gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Abschnitt, der aus mehreren von den Elektrodenlamellen abstehenden und als Stapel hintereinander angeordneten Lamellenfortsätzen besteht.Of the Arrester section in the preferred embodiment of the electrical Cell according to the present Invention is a section consisting of several of the electrode blades protruding and stacked in a row arranged lamellar processes.

Aus Gründen einer einfacheren Kontaktierung ist dabei die Stapeldicke der Lamellenfortsätze bevorzugt kleiner als die Stapeldicke des Lamellenverbundes.Out establish a simpler contacting the stack thickness of the lamellar processes is preferred smaller than the stack thickness of the laminar composite.

Aus dem gleichen Grund sind die hintereinander angeordneten Lamellenfortsätze gestaucht.Out For the same reason, the lamellar processes arranged one behind the other are compressed.

In der vorliegenden Erfindung umfasst der Lamellenverbund als Lamellenverbund ausgebildete Elektroden- und Separatorlamellen, die zusammen mit einem Ableiterpol und einem mit diesem verbundenen, vorstehend beschriebenen Ableiterabschnitt eine elektrische Zelle bilden.In In the present invention, the lamellar composite comprises a lamellar composite trained electrode and Separatorlamellen, which together with a Ableiterpol and connected to this, described above Arrester section to form an electrical cell.

Um das Fließen großer Ströme bei kleinen Widerständen zu ermöglichen, sind in der elektrischen Zelle die hintereinander angeordneten Lamellenfortsätze bevorzugt in Richtung des Ableiterpols gestaucht.Around the flow greater streams with small resistances to enable In the electrical cell, the lamellar processes arranged one behind the other are preferred compressed in the direction of the Ableiterpols.

Zudem ist es aus den vorstehend genannten Gründen vorteilhaft, dass der Ableiterpol der elektrischen Zelle bevorzugt ein axial angeordneter Ableiterpol ist.moreover it is advantageous for the reasons mentioned above, that the Ableiterpol the electrical cell preferably has an axially arranged Ableiterpol is.

Bevorzugt ist bei der elektrischen Zelle der Lamellenverbund ein aus Elektroden- und Separatorlamellen bestehender Wickel, bei dem die hintereinander angeordneten Lamellenfortsätze an wenigstens einer Stirnseite ausgebildet sind, was die Herstellung der Zelle vereinfacht.Prefers In the case of the electrical cell, the lamination composite is one made of electrode and Separatorlamellen existing winding, in which the successively arranged lamellar processes are formed on at least one end face, which is the production the cell is simplified.

Um die Widerstände klein zu halten, während gleichzeitig große Ströme fließen können, haben die Elektrodenlamellen der elektrischen Zelle bevorzugt keine Beschichtung.Around the resistances to keep small while big at the same time streams flow can, the electrode blades of the electric cell preferably have none Coating.

In der vorliegenden Erfindung umfasst das Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Zelle die Schritte des Bereitstellens eines Lamellenverbunds mit einem Ableiterpol, einer Materialabtragung an einer Begrenzungsfläche des Lamellenverbunds, so dass mindestens ein Stapel aus hintereinander angeordneten Lamellenfortsätzen gebildet wird, sowie das Verbinden des Stapels mit dem Ableiterpol.In The present invention includes the method of preparation an electric cell with the steps of providing a lamellar composite with a Ableiterpol, a material removal at a boundary surface of the Laminate composite, so that at least one stack of consecutively arranged lamellar processes is formed, as well as connecting the stack with the Ableiterpol.

Dabei umfasst das Verfahren des Weiteren einen Schritt des Stauchens des Stapels der hintereinander angeordneten Lamellenfortsätze gegen einen axial angeordneten Ableiterpol, was eine einfachere Herstellung und bessere Kontaktierung der Lamellen ermöglicht.there The method further comprises a step of upsetting the Stack of successively arranged lamellar processes against an axially arranged Ableiterpol what a simpler production and better contact with the slats allows.

Weiter ist es aus Gründen einer einfachen und schnellen Herstellung der Zelle bevorzugt, dass der Schritt der Materialabtragung durch Ausklingen von einem oder mehreren Teilabschnitten aus einem abstehenden Abschnitt des Lamellenverbund erfolgt.Further is it for reasons a simple and rapid production of the cell prefers that of Material removal step by fading out one or more Subsections of a projecting portion of the lamellar composite he follows.

Bei dem vorstehend beschriebenen Verfahren kann der Schritt der Materialabtragung durch jedes geeignete Schneid- oder Trennverfahren durchgeführt werden, zum Beispiel durch Ausklingen, Laserschneiden, Highspeedcutting, beispielsweise mit rotierendem Schneidwerkzeug, Stanzen, o.ä.at The method described above may include the material removal step be carried out by any suitable cutting or separating method, For example, by Ausklingen, laser cutting, high-speed cutting, For example, with a rotating cutting tool, punching, or similar.

Dabei ist es bevorzugt, dass der Schritt des Heraustrennens nachträglich, d.h. im Anschluß an die Herstellung der als Lamellenverbund ausgebildeten Zelle, als gesonderter Arbeitsschritt erfolgt. Dieser gesonderte Arbeitsschritt ermöglicht eine Verkürzung der Prozeßzeit.there it is preferred that the step of separating out subsequently, i. following the Production of the lamella composite cell, as a separate Work step done. This separate step allows a shortening the process time.

Der bzw. die nach der Materialabtragung verbleibende(n) Stapel 4, die aus mehreren Lamellenfortsätzen 3 gebildet sind, sind in ihrer Form und Anzahl nicht beschränkt. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung verbleibt nach dem Heraustrennen ein Stapel 4 (siehe 2), in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform verbleiben zwei Stapel 104 (siehe 3). Die Ausbildung nur eines Stapels führt zu einer vorteilhaften Gewichtseinsparung des schließlich erhaltenen Stapels und somit auch zu einer Gewichtseinsparung bei der elektrochemischen Zelle. Um darüber hinaus auch sehr große Ströme zu ermöglichen, ist es günstig, zwei Stapel auszubilden.The stack (s) remaining after the material removal 4 consisting of several lamellar processes 3 are formed, are not limited in their shape and number. In a preferred embodiment of the invention remains after removal a stack 4 (please refer 2 ), in a further preferred embodiment two stacks remain 104 (please refer 3 ). The formation of only one stack leads to an advantageous weight saving of the finally obtained stack and thus also to a weight saving in the electrochemical cell. In addition, to allow very large currents, it is convenient to form two stacks.

Der bzw. die nach dem Heraustrennen verbleibenden Teile 4 (104, 204), die aus den Lamellenfortsätzen gebildet sind, werden zusammengefasst und mit einem Ableiterpol verbunden, d.h. kontaktiert. Das Zusammenfassen und Verbinden mit dem Ableiterpol kann durch jedes geeignete Verfahren durchgeführt werden, zum Beispiel durch Klemmen, Laserschweißen, Ultraschallschweißen, Nieten, Schrauben, Kleben, Metallspritzen, Schweißen, usw. Durch das Zusammenfassen entsteht ein Multikontakt, wobei der Multikontakt mehrere abstehende Lamellenfortsätze 3 umfasst und das Fließen großer Ströme ermöglicht.The or after the separation remaining parts 4 ( 104 . 204 ) coming out of the slats are formed, combined and connected to a Ableiterpol, ie contacted. The combining and connecting to the Ableiterpol can be performed by any suitable method, for example, by clamping, laser welding, ultrasonic welding, riveting, screwing, gluing, metal spraying, welding, etc. By combining creates a multi-contact, the multi-contact multiple protruding lamellar processes 3 includes and allows the flow of large currents.

Bevorzugt wird in dem Verfahren der Stapel der hintereinander angeordneten Lamellenfortsätze gestaucht, wobei es mehr bevorzugt ist, dass der Stapel der hintereinander angeordneten Lamellenfortsätze in Richtung des Ableiterpols gestaucht wird.Prefers In the process, the stack is arranged one behind the other Compressed lamellar processes, it being more preferred that the stack be consecutive arranged lamellar processes is compressed in the direction of the Ableiterpols.

Das vorstehende erfindungsgemäße Verfahren ist ohne großen technischen Aufwand automatisierbar. Zudem wird nach diesem Verfahren eine sichere sowie mechanisch, elektrisch und elektrochemisch stabile Kontaktierung erhalten. Darüber hinaus bleibt die gebildete elektrische Verbindung selbst bei hoher termischer und mechanischer Belastung, wie zum Beispiel bei starker Vibration, voll funktionsfähig.The above method according to the invention is without big ones technical effort automated. In addition, according to this procedure a safe as well as mechanically, electrically and electrochemically stable Contacting received. About that In addition, the formed electrical connection remains high even thermal and mechanical stress, such as strong Vibration, fully functional.

Claims (7)

Elektrische Zelle mit als Lamellenverbund ausgebildeten Elektroden- und Separatorlamellen sowie mit einem Ableiterpol und einem mit diesem verbundenen Ableiterabschnitt, der aus mehreren von den Elektrodenlamellen abstehenden und als Stapel hintereinander angeordneten Lamellenfortsätzen besteht, dadurch gekennzeichnet, dass die hintereinander angeordneten Lamellenfortsätze in Richtung des Ableiterpols gestaucht sind.Electric cell with formed as a lamellar composite electrode and Separatorlamellen and with a Ableiterpol and a connected thereto Ableiterabschnitt consisting of several projecting from the electrode plates and stack successively arranged lamellar processes, characterized in that the successively arranged lamellar extensions are compressed in the direction of the Ableiterpols , Elektrische Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stapeldicke der Lamellenfortsätze kleiner als die Stapeldicke des Lamellenverbundes ist.Electric cell according to Claim 1, characterized that the stack thickness of the lamellar processes is smaller than the stack thickness of the lamellar composite is. Elektrische Zelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ableiterpol ein axial angeordneter Ableiterpol ist.Electric cell according to claim 1 or 2, characterized characterized in that the Ableiterpol an axially arranged Ableiterpol is. Elektrische Zelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Lamellenverbund ein aus Elektroden- und Separatorlamellen bestehender Wickel ist, bei dem die hintereinander angeordneten Lamellenfortsätze an wenigstens einer Stirnseite ausgebildet sind.Electric cell according to one of claims 1 to 3, characterized in that the lamellar composite one from electrode and Separatorlamellen existing winding, in which the arranged one behind the other Segment extensions are formed on at least one end face. Elektrische Zelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenlamellen keine Beschichtung haben.Electric cell according to one of claims 1 to 4, characterized in that the electrode blades no coating to have. Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Zelle nach einem der Ansprüche 1 bis 5 mit den Schritten: Bereitstellen eines Lamellenverbunds mit einem Ableiterpol; Materialabtragung an einer Begrenzungsfläche des Lamellenverbunds, so dass mindestens ein Stapel hintereinander angeordneter Lamellenfortsätze gebildet wird; Stauchen des Stapels der hintereinander angeordneten Lamellenfortsätze gegen den Ableiterpol; und Verbinden des Stapels mit dem Ableiterpol.Method for producing an electrical cell according to one of the claims 1 to 5 with the steps: Providing a lamellar composite with a Ableiterpol; Material removal at a boundary surface of the lamellar composite, so that at least one stack of lamellar processes arranged one behind the other is formed becomes; Upsetting the stack of successively arranged Segment extensions against the Ableiterpol; and Connecting the stack to the Ableiterpol. Verfahren Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt der Materialabtragung durch Ausklingen von einem oder mehreren Teilabschnitten aus einem abstehenden Abschnitt des Lamellenverbund erfolgt.Method according to claim 6, characterized in that the step of material removal by fading out of one or several sections from a protruding portion of the lamellar composite he follows.
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